對氧磷酶1與2型糖尿病、牙周病關系的研究概況

杜蔚蓮 宋 莉 王 勇

(南昌大學第二附屬醫院口腔科，江西 南昌 330006)

牙周病是糖尿病等全身性疾病的重要危險因素，兩者互相影響、互為因果。對氧磷酶(PON)基因家族是由PON1、PON2、PON3三大成員組成，它們位于人類7號染色體長臂上，在結構和功能上具有很大相似性。目前研究最多的是與高密度脂蛋白(HDL)緊密結合的PON1，具有水解有機磷、對抗氧化應激和抗炎的功能，因此它在動脈硬化、糖尿病、精神障礙以及感染性疾病等的發生發展過程中起至關重要的作用。本文就PON1對T2DM、牙周病關系的相關性研究進行綜述。

1 PON1結構及生物學特征

1.1PON1的結構及分布 人類PON是由肝臟合成繼而分泌到血液中的一類與HDL結合的芳香醇〔1〕，PON1是一種含355個氨基酸殘基的糖蛋白，分子量約44 kD，通過疏水性極強的N端與HDL的載脂蛋白A-I緊密結合并固定在HDL顆粒上。Harel等〔2〕報道其晶體結構類似于6葉螺旋槳，每葉均由4條鏈組成，兩個鈣離子位于螺旋槳結構的中心孔道部位，因分別與PON1的結構和水解活性有關，而被稱為“結構鈣”和“水解鈣”。PON1廣泛分布于哺乳動物肝、血、腎、脾、腦等組織中，以肝臟和血液中酶活性最高，其活性在人群中分布相差非常大，不同個體間可相差30倍，即使相同基因型也可相差13倍。

1.2PON1的生物學特性和基因多態性 PON1最主要的生物學特性是在脂質代謝過程中保護低密度脂蛋白(LDL)過氧化，也可以保護組織細胞免受內毒素的侵害，此外，它還有一些其他的生物學特性：對HDL具有高度特異性；抑制巨噬細胞的形成；在感染過程中發揮重要的作用；具有同型半胱氨酸內酯酶的活性等。

PON基因家族是由PON1、PON2、PON3三個高度同源的基因組成，該基因家族位于7號染色體長臂q21.3-22.1之間〔3〕，進化上具有高度保守性。有研究表明，PON1啟動子基因多態性位點(-108C>T,-162A>G,-824G>A,-907G>C)影響該酶的表達及血清濃度〔4〕。其中，-108C>T多態性位點起決定性作用〔5〕。PON1編碼區的基因多態性位點主要集中在192位和55位氨基酸，192位是CGA/CAA置換導致谷氨酸(Gln)/精氨酸(Arg)多態性(等位基因A/B或R/Q),稱為Q192R多態性；55位是ATG/TTG顛倒導致蛋氨酸(Met)/亮氨酸(Leu)多態性(等位基因M/L)，稱為M55L多態性〔6，7〕。PON1的等位基因在人群中的分布有人種和地區差異。

2 PON1與T2DM的關系

T2DM的根本原因是胰島素分泌能力下降和胰島素抵抗(IR)〔8〕。氧化應激與糖尿病關系非常密切，氧化應激可以誘發IR和β細胞功能損傷〔9〕，不僅在糖尿病的發生發展過程中起到了重要作用，還可以引起糖尿病其他并發癥〔10〕。PON是重要的抗氧化劑酶，是內源性自由基清除劑通過單獨或與HDL共同作用，發揮抑制LDL氧化修飾的作用。

有研究表明，在糖尿病早期PON1活性下降程度低于晚期，脂蛋白酯酶(LPL)與PON1活性呈正相關，HDL抗氧化能力降低〔11〕。 糖尿病患者血清PON1活性低于正常組，當DM患者出現糖尿病并發癥時，其血清PON1活性低于單純DM患者〔12〕。PON1與脂代謝、糖代謝相關指標聯合研究也是PON1研究的熱點。HDL-PON活性隨HDL過氧化物水平的增加而降低，與HDL保護紅細胞膜免受氧化物損傷的能力呈正比。在糖尿病患者中PON1活性的降低、HDL的保護細胞膜免受氧化的能力降低共同導致糖尿病型動脈粥樣硬化的發生〔13〕。

從基因水平上看，PONl基因多態性與T2DM有著密切關系，且主要涉及PONl與T2DM患者并發心血管疾病問題。PON1編碼區192位點的基因多態性、基因環境和(或)基因相互作用，三者決定了不同人群不同個體血清中PON1的活性的不同〔14〕。具有較高氧化應激風險的糖尿病患者，具有更高的血管性疾病及其他并發癥的并發率。在DM患者中有過多的氧化產物可能是由于慢性高血糖，高胰島素血癥，升高游離脂肪酸(FFA)和血脂異?！?5〕。其活性的降低不是由于合成減少，而是由于PON1蛋白的糖基化〔16〕。Li等〔17〕通過研究發現中國人PON1Q192R基因多態性加重了糖尿病的肥胖患者患心肌炎的危險性。Mackness等〔18〕指出PON1活性降低以及PON1R和L位點的基因多態性與T2DM發生有直接的關系。Altuner等〔19〕通過實驗得出結論，PON1192位點與55位點的基因多態性與糖尿病及其并發癥相關，且192位點基因多態性相關性更大。

3 PON1與牙周病的關系

牙周病的主要感染源為堆積在牙頸部及齦溝內的牙菌斑中的微生物。牙菌斑是牙周疾病發生的始動因子，在牙周細菌的致病機制中，內毒素(LPS)即革蘭陰性菌細胞壁外膜中的脂多糖對牙周組織具有很高的毒性和抗原性，被認為是牙周炎癥的重要病因之一，在牙周病的發生發展過程中起重要的作用〔20〕。許多體內抗氧化因子如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物歧化酶等已被證實與牙周炎的發生發展密切相關。牙周局部環境自由基活性降低，造成抗氧化能力下降，出現牙周病的臨床癥狀。由于PON1具有抗氧化性，可催化分解過氧化物，降低單核細胞對內皮細胞的黏附能力和趨化性，從而使細胞因子產生減少，這對牙周組織起了保護作用。

PON1在牙周炎和心血管疾病間流行病學的相關性有重要作用，并且PONl可能通過LPS依賴或非LPS依賴來聯系牙周炎與動脈粥樣硬化。也有研究表明，牙周細菌的產物LPS在mRNA水平調節PON1的活性A。

4 PON1的影響因素及調節

影響PON1活性的因素主要包括遺傳因素、環境因素、代謝變量三個方面：人群中PON1活性具有明顯差異的原因，一是遺傳因素，包括基因多態性，其影響程度占60%，高活性的基因192Q基因在非洲和亞洲人種更常見；二是年齡、性別等人口環境因素，其影響程度約占16%；三是代謝協變量，其影響程度約占4%～19%〔21〕。

4.1遺傳因素 遺傳因素包括基因多態性，影響程度占60%。Q192R的多態性對PON1的活性影響較大，而對PON1的濃度沒有影響〔22〕。最初的研究報告指出，PON1192R等位基因的存在時，PON活性最高〔7〕，這一點也同時被其他人所證實〔21，23〕。然而在其他報道卻指出等位基因為QQ的人群該酶活性最高〔24〕。在L55M的多態性研究中，有學者指出PON155L等位基因存在時，該酶具有較高的表達水平。在啟動子基因多態性位點中，T(-108)C起決定性作用，在此位點上有一個潛在的轉錄因子SP1結合位點〔25〕。

4.2環境因素及代謝協變量 環境因素包括年齡、性別等人口環境因素，影響程度約占1%～6%。生活方式和營養攝入的差異可能是一個原因，飲食中的抗氧化劑可保護PON1的活性。然而，關于維生素C，E是否影響PONl活性研究結論相差較大：有報道稱維生素C，E與PONl活性呈負相關〔26〕，但也有體外實驗證實即使達到藥物劑量的維生素E的攝入也不會影響PONl活性〔20〕。Ferré等〔27〕通過對西班牙388名個體的調查，發現PONl活性與血清中膽固醇濃度、高密度脂蛋白膽固醇濃度、吸煙有相關性，而維生素C，E的攝入與PONl活性無關。高膽固醇血癥和胰島素抵抗與PONl活性降低有關。體外實驗〔27〕也發現：吸煙可直接抑制PON1活性，據此推測吸煙可通過削弱機體抗氧化能力、增強氧化強度來誘發心血管疾病。

5 應用與展望

近年來對PON1有了較多的研究，但很多問題尚未闡明，一些報道之間尚有結論不一致，固有必要進行更深入的研究。隨著對PON1研究的深入，有望進一步明確其在糖尿病及牙周病中細胞和分子水平的發病機制，為臨床診斷、療效觀察、預后判斷提供新的實驗室檢測指標。有望通過檢測人群PON1基因型，篩選DM和牙周病人的高危人群，有針對性地做好預防工作，這為糖尿病與牙周病的預防和治療提供一個新思路，從基因角度對糖尿病與牙周病的關系有一個新的認識。研究調控PON1產生及生物活性的藥物，可能是治療糖尿病和牙周病的重要突破點。比較不同人群PON1等位基因分布的差異，探討慢性牙周炎可能的發病機制，為篩選遺傳易感基因提供線索，為慢性牙周炎及DM伴慢性牙周炎的預防和治療提供一個新思路，在臨床上具有重要實用價值。

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